基于单片机的模糊控制器的设计

据温度的偏差及偏差的变化量由模糊控制表来决定
种电热丝的断闭& 为使模糊推理简化$以适应 * 位单
片机模糊控制$进行了如下数字化处理#如果将 ! 的
四个模糊子集 +%’%&%) 分别用数字#!,$#$-$. 表示$
!! 的 四 个 模 糊 子 集 +%/%0 分 别 用 数 字 #!,$1$# 表
示$则根据模糊控制规则表 # 可等到如表 2 所示的 !"
&EF %&’G&I,’测 得 温 度 高 于 设 定 值 $温 度 偏 差 为 +>负A&
’H&0 && &&,J(H+! 6GK%&$GL@-’%&2 为温度偏差阈值& H+( &&2 &EF %&’G&,’温度偏差为 ’>小A& ’H&0 && &&2J(H+! 6GK%&,GM@-’%&# 为温度偏差阈值& H+( &&&EF %&’G&-’温度偏差为 &>中A ’H&0 && &&-J&EF %&’G&.’温度偏差为 )>大A &&J (CD (’判定温度偏差的变化量的程序& &EF 6G %&) ’")) 6G %&(’即#温度偏差的变化量$ 前次测量得到温度的偏差!本次测量得到温度的 偏差& H( ++#’变化量为负$转移& (H+! 6GK61GM@H( ++2 &EF %&()G&#’温 度 偏 差 论 变 化 量 为 )>正A$即 : 前!: 本" 61 ’H&0 ++ ++2J &EF %&()G&1’温度偏差论变化量为 />零A 1#: 前!: 本N 61 ’H&0 ++ ++,J (0C 6’求偏差变化量的绝对值& 6OO 6G&, (H+! 6GP61GM@H( ++&EF %&()G&I#’温度偏差论变化量为 +>负A$即 : 前!: 本#I 61 ’H&0 ++ ++-J &EF %&()G&1’温度偏差论变化量为 />零A I 61N: 前!: 本N 1 ++J &EF %&)G%&(’以本次测量得到温度更新 前次测量得到的温度
模糊逻辑控制器的工作过程分为三个阶段。第一 阶段是“模糊化”， 就是把精确的输入量转 换成用模糊 集合的隶属函数， 表示某一模糊变量的语言值， 即模
雷建龙： 副教授 湖北省教育厅立项重点科研课题： 实用油箱油位测量仪 的研制课题编号： ２００４Ｘ１７０
创 糊输入； 第 二 阶 段 是“模 糊 推 理 ”， 即 把 模 糊 输 入 加 到
１ 模糊控制的原理
模糊逻辑控制技术作为一种新的控制技术， 可以 模仿人的思维方法， 运用不精确不确定的模糊信息来 决策实现成功的控制。用模糊逻辑实现控制， 只需要 关心功能而不是系统的数学模型， 研究的重点是控制 器本身而不是被控现象。所以这种系统对系统参数变 化不敏感， 具有很强的鲁棒性， 适用于对不同对象的 控制。本系统的模糊逻辑控制是调整控制加热丝的通 断， 实现升温并使温度恒定。
一个“ＩＦ－ ＴＨＥＮ”控制规则 库中， 并把激 活的各个规 则
新 所 产 生 的 结 果“加 ”到 一 起 ， 产 生 一 个“模 糊 输 出 ”集
合； 第三阶段是对这些模糊输出进行解模糊判决， 即 在一个输出范围内找到一个最具有代 表性的、可直 接
驱 动 执 行 机 构 的 、确 切 的 输 出 控 制 量 。
由于温度场具有较大的惯性， 温度变化一般不可 能很快， 温度采样时间间隔为 ５ｓ。模糊控制器的输入 为设定温度与实际测得温度的偏差 Ｅ （Ｅ＝ｔ０－ ｔ ； ｔ０ 为设 定的温度， ｔ 为实际测得的温度。）， 以及偏差的变化量 △Ｅ （△Ｅ ＝Ｅ 本－ Ｅ 前＝（ｔ０－ ｔ）本－ （ｔ０－ ｔ ）前＝ｔ 前－ ｔ 本 ， 其中 Ｅ 前 为前次测量得到的温度偏差， Ｅ 本为本次测量得到的温 度偏差； ｔ 前为前次测量得到的温度， ｔ 本为本次测量得 到的温度 ， 设定温度 ｔ０ 不 变）， 输出为加 热 器 的 加 热 量 Ｕ。 根 据 实 际 情 况 将 Ｅ 分 为 四 个 模 糊 子 集 ： Ｂ （大）、Ｍ （中）、Ｓ （小）、Ｎ （负）， 对 应 温 度 的 偏 差 为 ： ｔ０－ ｔ＞ＴＭ１℃、 ＴＭ２℃＜ｔ０－ ｔ＜ＴＭ１℃、０℃＜ｔ０－ ｔ＜ＴＭ２℃、ｔ０－ ｔ＜０℃（ＴＭ１ ＞ＴＭ２＞ ０； ＴＭ１、ＴＭ２ 为根据实际确定的两个温度偏差的阈值）； △Ｅ 分为三个模糊 子集： Ｐ（正）、Ｚ（零）、Ｎ（负）， 对 应 的 偏 差变化量为： ｔ 前－ ｔ 本＞Ａ０、－ Ａ０＜ｔ 前－ ｔ 本＜Ａ０ 、ｔ 前－ ｔ 本＜－ Ａ０（ Ａ０＞０， Ａ０ 为根据实际确定的一个不大的温度偏差变化 量阈值）； 电热水 器电热丝加 热量 Ｕ 分为四 个模糊子 集 ： Ｂ（大）、Ｍ（中）、Ｓ（小）、Ｚ（零）， 对 应 于 二 根 电 热 丝 的 四 种状态的组合： 电热丝 １ 电热丝 ２ 都加热、电热丝 １ 加热、电热 丝 ２ 加热、电热 丝 １ 电热丝 ２ 都 不 加 热（其 中电热丝 １ 的功率大于电热丝 ２ 的功率）。Ｅ 及△Ｅ 对 应的模糊子集如图 ２ 所示。由于， 只是为实现简单的
Ｋｅｙｗｏｒ ｄ： ｆｕｚｚｙ－ ｃｏｎｔｒ ｏｌ， ＭＣＵ， ｏｎ－ ｏｆｆ ｃｏｎｔｒ ｏｌ， ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅ ｃｏｎｔｒ ｏｌ， ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒ ｇｙ ｈｅａｔｅｒ
术
பைடு நூலகம்
太阳能热水器冬天及阴天使用， 需要电辅加热， 传统的开关控制或 ＰＩＤ 控制效果并不好。模糊控制比 传 统 的 ＰＩＤ 等 控 制 方 法 在 强 时 变 、大 时 滞 、非 线 性 系 统 中 的 控 制 效 果 有 着 明 显 的 优 势 。将 模 糊 控 制 技 术 应 用的于家电产品在国外已是很普遍的现象， 单片机是 家用电器常用的控制器件， 把二者结合起来， 可使控 制器的性能指标达到最优的目的。基于模糊控制技术 的单片机控制的太阳能热水器是对电热水器传统的 开 关 控 制 的 改 造， 具 有 达 到 设 定 温 度 的 时 间 短 、稳 态 温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能 等优 点。
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０６－ ２－ ００４９－ ０３
单片机开发与应用
基于单片机的模糊控制器的设计
Ａ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｆｕ ｚｚｙ－ ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌｌｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＣＵ
（武汉船舶职业技术学院）雷 建 龙
Ｌｅｉ，Ｊｉａｎｇｌｏｎｇ
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ－ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ， ｗｈｏｓｅ ｉｎｐｕｔ ｉｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒ－
ａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｖａｒｉｅｔｙ． Ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｖａｒｉｅｔｙ ａｆｔｅｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｍ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
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单片机开发与应用
中 文 核 心 期 刊 ! 微 计 算 机 信 息 "（嵌 入 式 与 ＳＯ Ｃ ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ６－２ 期
模糊控制$!%!!% " 的隶属度函数均取为矩形 $模糊 控制规则如表 # 所示&
片 机 程 序 设 计 。温 度 传 感 器 及 有 关 电 路 将 温 度 转 化 为 电 脉 冲 的 脉 宽 ， 单 片 机 将 测 得 的 脉 冲 宽 度 的 值 转 化 为 与 之 对 应 的 温 度
值。
关键词： 模糊控制； 单片机； 开关控制； 温度控制； 太阳能热水器
中图分类号： ＴＰ２７３＋．４ ；ＴＰ３６８．１；
＊ 多 谐 振 荡 电 路 由 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｒｔ、Ｒｓ、Ｃ 组 成， 具体电路如图 ３ 所示。其中 Ｒｔ 是具有负温度系数 的热敏电阻（０℃－ １００℃时其阻值在 ３Ｋ－ １Ｋ 之间变化）， 它是本电路中的温度传感器， 用环氧树脂胶涂于其外 表后置于热 水中， Ｒｓ 是限流电 阻， 阻 值 很 小 只 有 １００ 欧 ， 非 门 采 用 ＴＴＬ 门 ７４ＬＳ０４ 电 路 ， 振 荡 周 期 约 为 Ｔ＝ ２．２ＲｔＣ， 脉宽为 １．１ＲｔＣ， 可见脉宽与 Ｒｔ 有一一对就应关 系， 故温度与脉宽也就有一一对应关系。
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!现场总线技术应用 ２００ 例"
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ＪＮＣ ＷＷ４ ＬＣＡＬＬ ＴＡＢ２； ３≤Ｅ＋△Ｅ＜５，控制量为 Ｍ（中） ＳＪＭＰ ＷＷ ＷＷ４： ＬＣＡＬＬ ＴＡＢ３； Ｅ＋△Ｅ≥５，控制量为 Ｂ（大） ＷＷ：．．．； 其它程序， 省略 ＴＡＢ０： ．．．； 加热量最大 ＴＡＢ１：．．．； 加热量中等 ＴＡＢ２：．．．； 加热量小 ＴＡＢ３：．．．； 加热量最小（不加热）